È. Ì. Êèÿíîâ Ñèñòåìû ñòðîèòåëüíîé ìåõàíèêè ñ ïîñòîÿííûìè óñèëèÿìè â ëèøíèõ ñâÿçÿõ È. Ì. Êèÿíîâ ÑÈÑÒÅÌÛ ÑÒÐÎÈÒÅËÜÍÎÉ ÌÅÕÀÍÈÊÈ Ñ ÏÎÑÒÎßÍÍÛÌÈ ÓÑÈËÈßÌÈ Â ËÈØÍÈÕ ÑÂßÇßÕ Â ñòàòüå îòêðûòèå, ôîðìóëà êîòîðîãî: «Åñëè óñèëèÿ â ëèøíèõ ñâÿçÿõ ñèñòåì ñòðîèòåëüíîé ìåõàíèêè ñîõðàíÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè ïðè òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ ïåðåìåùåíèÿõ, òî ñèñòåìû èìåþò îïòèìàëüíûå ïàðàìåòðû ãåîìåòðèè, ñîîòâåòñòâóþùèå ìàêñèìàëüíîé ñóììàðíîé ðàáîòå óñèëèé â ëèøíèõ ñâÿçÿõ è íå çàâèñÿùèå íè îò ñòåïåíè ïðåäâàðèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, íè îò íàãðóçêè». Èçâåñòíî, ÷òî èçîáðåòåíèÿ ïðèâîäÿò ê îòêðûòèÿì, à îòêðûòèÿ ê íîâûì èçîáðåòåíèÿì. Èçîáðåòåíèÿ ëèøíèõ ñâÿçåé ñèñòåì ñòðîèòåëüíîé ìåõàíèêè, óñèëèÿ â êîòîðûõ ñîõðàíÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè ïðè òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ ïåðåìåùåíèÿõ, ïðèâåëè ê îòêðûòèþ ðàíåå íå èçâåñòíûõ îïòèìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ ãåîìåòðèè ñèñòåì ñòðîèòåëüíîé ìåõàíèêè, íå çàâèñÿùèõ íè îò íàãðóçêè, íè îò ñòåïåíè ïðåäíàïðÿæåíèÿ. Îòêðûòûå ïàðàìåòðû ãåîìåòðèè äàþò âîçìîæíîñòü èçîáðåòàòü íîâûå êîíñòðóêöèè. Ôîðìóëà îòêðûòèÿ: «Åñëè óñèëèÿ â ëèøíèõ ñâÿçÿõ ñèñòåì ñòðîèòåëüíîé ìåõàíèêè ñîõðàíÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè ïðè òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ ïåðåìåùåíèÿõ, òî ñèñòåìû èìåþò îïòèìàëüíûå ïàðàìåòðû ãåîìåòðèè, ñîîòâåòñòâóþùèå ìàêñèìàëüíîé ñóììàðíîé ðàáîòå óñèëèé â ëèøíèõ ñâÿçÿõ è íå çàâèñÿùèå íè îò ñòåïåíè ïðåäíàïðÿæåíèÿ, íè îò íàãðóçêè». Èçîáðåòåíèå ñâÿçè ïî à. ñ. ¹1686059 ïîçâîëèëî â îáû÷íîé øïðåíãåëüíîé áàëêå íàçíà÷èòü äâà îïòèìàëüíûõ ïàðàìåòðà ãåîìåòðèè. Íàçíà÷åíèå æå îïòèìàëüíûõ ïàðàìåòðîâ ãåîìåòðèè ïðèâåëî ê èçîáðåòåíèþ øïðåíãåëüíîé áàëêè, ïîêàçàííîé íà ðèñóíêå (ïàòåíò ¹2012749). 1 Øïðåíãåëüíàÿ áàëêà 1 áàëêà, 2 êàíàò, 3 ñâÿçü ïî à. ñ. ¹1686059 Ñèñòåìû ñòðîèòåëüíîé ìåõàíèêè ñ ïîñòîÿííûìè óñèëèÿìè â ëèøíèõ ñâÿçÿõ óñëîâíî íàçâàíû áëèçêèìè ê ñòàòè÷åñêè íåîïðåäåëèìûì. Øïðåíãåëüíàÿ áàëêà, ïîêàçàííàÿ íà ðèñóíêå, áëèçêàÿ ê îäèí ðàç ñòàòè÷åñêè íåîïðåäåëèìîé. Ïàðàìåòðû ãåîìåòðèè: γ óãîë íàêëîíà ðàñòÿíóòûõ ýëåìåíòîâ øïðåíãåëÿ ê ãîðèçîíòàëè; Z ðàññòîÿíèå îò íåéòðàëüíîãî ñëîÿ áàëêè äî ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñ- êîñòè, ïðîõîäÿùåé ÷åðåç ìåñòà ïðèêðåïëåíèÿ ðàñòÿíóòûõ ýëåìåíòîâ øïðåíãåëÿ ê áàëêå (ñì. ðèñóíîê). Îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå ïàðàìåòðîâ ãåîìåòðèè íàõîäèòñÿ èç ñèñòåìû óðàâíåíèé: ∂X 1 = 0; ∂γ , ∂X 1 = 0, ∂Z (1) ãäå Õ1 óñèëèå â ðàñòÿíóòîì ýëåìåíòå øïðåíãåëÿ, îïðåäåëÿåìîå èç êàíîíè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ ìåòîäà ñèë. Ñèñòåìà óðàâíåíèé (1) âõîäèò â îòëè÷èòåëüíóþ ÷àñòü ôîðìóëû èçîáðåòåíèÿ ïî ïàòåíòó ¹ 2012749. Ïðè ðåøåíèè ñèñòåìû óðàâíåíèé (1) ïîëó÷åíà ñèñòåìà äâóõ àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé. Ïðè γ = 0 øïðåíãåëüíàÿ áàëêà ïðåâðàùàåòñÿ â áàëêó ñ çàòÿæêîé, ó êîòîðîé îäèí ïàðàìåòð ãåîìåòðèè, îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå åãî îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå Z= J , F (2) ãäå J, F – ìîìåíò èíåðöèè è ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ áàëêè. Ó áàëêè ñ çàòÿæêîé ñâÿçü, ñîçäàþùàÿ â çàòÿæêå óñèëèå ïðåäâàðèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ è ñîõðàíÿþùàÿ åãî ïîñòîÿííûì ïðè òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ ïåðåìåùåíèÿõ, ñòàâèòñÿ ñ òîðöà áàëêè. Ó îáû÷íîé áàëêè, áëèçêîé ê îäèí ðàç ñòàòè÷åñêè íåîïðåäåëèìîé, ðàñïîð ñîçäàåòñÿ ñ ïîìîùüþ îñîáîé ïîäâèæíîé îïîðíîé ÷àñòè (à. ñ. ¹414352 è äð.). Åñëè êîíñòðóêöèÿ èìååò îäèí îïòèìàëüíûé ïàðàìåòð ãåîìåòðèè, òî îí îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ dX 1 = 0, dY ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 4`2001 (3) 89 Òåõíè÷åñêèå íàóêè ãäå X1 – óñèëèå â ëèøíåé ñâÿçè, îïðåäåëÿåìîå èç êàíîíè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ ìåòîäà ñèë; Ó ïàðàìåòð, ãåîìåòðèè. Ðåøåíèåì óðàâíåíèÿ (3) íàéäåíû îïòèìàëüíûå ïàðàìåòðû ãåîìåòðèè: ñòðåëêà êàáåëÿ ó âèñÿ÷åãî ìîñòà, ñòðåëà ïîäúåìà ó ðàçëè÷íûõ àðîê, ñòðåëà ïîäúåìà àðêè ñ çàòÿæêîé, óãîë íàêëîíà ýëåìåíòîâ íèæíåãî ïîÿñà ôåðìû ê ãîðèçîíòàëè, âûñîòà ñòîéêè ðàìû è äð. Âàæíûì ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå ïðåäâàðèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ êîíñòðóêöèé, áëèçêèõ ê ñòàòè÷åñêè íåîïðåäåëèìûì. Ãëàâíîå â ýòîì èññëåäîâàíèè âûâîä óðàâíåíèÿ äëÿ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè êîíñòðóêöèé, ïðåäíàïðÿæåííûõ ïîñòîÿííûì óñèëèåì: 1 u = u 0 − ν 2 X 1 ∆ IP + νηX 1 ∆HIP , 2 (4) ãäå u0 ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ îñíîâíîé ñèñòåìû; ∆ IP – ëèíåéíîå ïåðåìåùåíèå ñèëû X1 ïî åå íàïðàâëåíèþ, âûçâàííîå äåéñòâèåì íàãðóçêè; ∆HIP – ïåðåìåùåíèå ñèëû X1 ïî åå íàïðàâëåíèþ, óñëîâíî íàçâàííîå ïåðåìåùåíèåì òåíåâîé ãåîìåòðè÷åñêîé íåëèíåéíîñòè; η êîýôôèöèåíò ïîëíîòû äèàãðàììû; ν êîýôôèöèåíò, õàðàêòåðèçóþùèé ñòåïåíü ïðåäíàïðÿæåíèÿ êîíñòðóêöèè ñðàâíèòåëüíî ñ ñèëîé X1. Ïåðâîå ñëàãàåìîå â óðàâíåíèè (4) îòíîñèòñÿ ê ëèíåéíûì ïåðåìåùåíèÿì â êîíñòðóêöèè ïðè äåéñòâèè íà íåå íàãðóçêè, à âòîðîå ê íåëèíåéíûì.  îáû÷íûõ ñòàòè÷åñêè íåîïðåäåëèìûõ êîíñòðóêöèÿõ òàêîå ðàçäåëåíèå ñäåëàòü íåëüçÿ. Óðàâíåíèå (4) ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðè êîýôôèöèåíòåν , áîëüøåì åäèíèöû, ýôôåêò îò ïðåäíàïðÿæåíèÿ ïîñòîÿííûì óñèëèåì ðåçêî ïîâûøàåòñÿ. Ýòî óðàâíåíèå: ïðèâåäåíî â îïèñàíèè èçîáðåòåíèÿ ïî ïàòåíòó ¹2012749. Ëèøíèå ñâÿçè, â êîòîðûõ óñèëèÿ ñîõðàíÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè ïðè òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ ïåðåìåùåíèÿõ, ðàçäåëÿþòñÿ íà äâå ãðóïïû: ëèøíèå ñâÿçè, ñîçäàþùèå óñèëèå ïðåäâàðèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ è ñîõðàíÿþùèå åãî ïîñòîÿííûì (ïàòåíò ¹ 2004665 è äð.), è ëèøíèå ñâÿçè, íå ñîçäàþùèå óñèëèÿ ïðåäíàïðÿæåíèÿ (à. ñ. ¹414350 è äð.). Ýêîíîìè÷åñêèé ýôôåêò îò ïðèìåíåíèÿ èçîáðåòåííûõ ñâÿçåé, óñèëèÿ â êîòîðûõ ñîõðàíÿþòñÿ ïîñòîÿííûìè, ñêëàäûâàåòñÿ, âî-ïåðâûõ, èç îòñóòñòâèÿ âðåäíûõ íàïðÿæåíèé: òåìïåðàòóðíûõ, ïîëçó÷åñòè è óñàäêè ìàòåðèàëà, íåðàâíîìåðíûõ îñàäîê îïîð, âî-âòîðûõ, èç òîãî, ÷òî óñèëèÿ ïðåäâà- 90 ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 4`2001 ðèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ â ëèøíèõ ñâÿçÿõ ïîñòîÿííû, à ýòî çíà÷èò, ÷òî ðàáîòà ýòèõ óñèëèé íà ïåðåìåùåíèÿõ, âîçíèêàþùèõ îò äåéñòâèÿ íà êîíñòðóêöèþ íàãðóçêè, âû÷èñëåííàÿ ïî ôîðìóëå Êëàïåéðîíà, â äâà ðàçà áîëüøå, à ïðîãèá êîíñòðóêöèè â äâà ðàçà ìåíüøå, ïîýòîìó ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñâÿçè (êàáåëü âèñÿ÷åãî ìîñòà, çàòÿæêà áàëêè è äð.) ìîæíî óìåíüøèòü â äâà ðàçà, â-òðåòüèõ, èç âîçìîæíîñòè íàçíà÷èòü îïòèìàëüíûå ïàðàìåòðû ãåîìåòðèè. Ñ ïîìîùüþ ñâÿçè ïî à. ñ. ¹1686059 è âûñîêîïðî÷íîé ïðîâîëîêè îïîÿñûâàþùåé îáîëî÷êó, ìîæíî ïðåäíàïðÿãàòü ïîñòîÿííûì óñèëèåì òðóáîïðîâîäû áîëüøèõ äèàìåòðîâ, ðåçåðâóàðû, ôþçåëÿæè. Ëåãêî äîêàçàòü, ÷òî ýòî äàñò ýêîíîìè÷åñêèé ýôôåêò è ïîâûñèò íàäåæíîñòü êîíñòðóêöèé.  ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèíöèïîì âîçìîæíîé ðàáîòû âîçìîæíàÿ ðàáîòà âíåøíåé ñèëû (âíóòðåííåå äàâëåíèå â îáîëî÷êå) ðàâíà âîçìîæíîé ðàáîòå âíóòðåííèõ ñèë (ðåçóëüòèðóþùèõ íàïðÿæåíèé â îáîëî÷êå è â ïðîâîëîêå). Âîçìîæíàÿ ðàáîòà óñèëèÿ â âûñîêîïðî÷íîé ïðîâîëîêå, ïðåäíàïðÿæåííîé ïîñòîÿííîé ñèëîé, ñîãëàñíî òåîðåìå Êëàïåéðîíà, â äâà ðàçà áîëüøå âîçìîæíîé ðàáîòû â òàêîé æå ïðîâîëîêå, ïðåäíàïðÿæåííîé îáû÷íûì ïðåäíàïðÿæåíèåì. Ýòî äàåò ýêîíîìèþ ìàòåðèàëà. Ðàöèîíàëüíîñòü ïðåäíàïðÿæåíèÿ ëèñòîâûõ êîíñòðóêöèé ïîñòîÿííûì óñèëèåì îáåñïå÷èâàåòñÿ åùå è òåì, ÷òî îòíîøåíèå ðàñ÷åòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ìàòåðèàëà îáîëî÷êè ê ðàñ÷åòíîìó ñîïðîòèâëåíèþ âûñîêîïðî÷íîé ïðîâîëîêè ðàâíî 0,330,2. Äîêàçàíî, ÷òî ïîñòîÿííûì óñèëèåì âûãîäíî ïðåäíàïðÿãàòü äàæå ñòåðæíè, ðàáîòàþùèå íà ðàñòÿæåíèå.  ã. Îðåíáóðãå, â ïàðêå èì Â. Ï. ×êàëîâà, ïî ïðîåêòó àâòîðà ïîñòðîåí àðî÷íûé ìîñò, â êîòîðîì ïîäâèæíûå îïîðíûå ÷àñòè (à. ñ. ¹614155) ÿâëÿþòñÿ ñâÿçüþ, ñîõðàíÿþùåé, óñèëèå (ðàñïîð) ïîñòîÿííûì ïðè òåìïåðàòóðíûõ è äðóãèõ ïåðåìåùåíèÿõ. Ïîäâèæíàÿ îïîðíàÿ ÷àñòü ïî à. ñ. ¹614155 ÿâëÿåòñÿ îïîðíîé ÷àñòüþ ñåêòîðíîãî òèïà. Îíà èìååò ôèëüòð óñèëèé (à. ñ. ¹ 414350) è óêëîí îïîðíîé ïëèòû â ñòîðîíó ïðîëåòà. Óêëîí îïîðíîé ïëèòû ñîçäàåò ïîëåçíûé ïîëîæèòåëüíûé ðàñïîð, à âÿçêîå âåùåñòâî (áèòóì), çàëèòîå ìåæäó ãðåáåíêîé âåðõíåãî áàëàíñèðà è ãðåáåíêîé ñåêòîðíîé ÷àñòè, ïðåâðàùàåò ïîäâèæíûå ïðè òåìïåðàòóðíûõ ïåðåìåùåíèÿõ îïîðíûå ÷àñòè â íåïîäâèæíûå ïðè êðàòêîâðåìåííûõ íàãðóçêàõ. Èçîáðåòåíèÿ, ïðèâåäåííûå â ñòàòüå, ïðèíàäëåæàò àâòîðó (ñîàâòîðîâ íåò).